[发明专利]带有冗余功率结构的用于紧凑马达控制的系统和方法

说明书

本公开提供了一种用于选择性地控制从电源到负载的功率的紧凑马达控制系统，包括马达切换组件，该马达切换组件具有带有多个固态开关的固态接触器。马达切换组件还包括：至少一个直流(DC)链路，该至少一个DC链路耦接到固态接触器；以及冗余的第一逆变器和第二逆变器，第一逆变器和第二逆变器耦接到至少一个DC链路。马达切换组件还包括：第一继电器，该第一继电器耦接在固态接触器与逆变器的输入之间；和第二继电器，该第二继电器耦接在固态接触器与第二逆变器的输入之间。此外，马达控制系统包括控制系统，控制系统被编程为控制马达切换组件以选择性地从电源向负载供应功率。

背景技术

本发明整体涉及马达控制系统，并且更具体地涉及用于使用冗余功率结构/转换器的紧凑且可靠的马达控制的系统和方法。

工业中常使用的执行功率转换的一种类型的系统是可调速驱动器(也称为变频驱动器(VFD))。VFD是一种工业控制设备，其为驱动系统诸如AC感应电动机提供可变频率、可变电压操作。在使用中，通常将VFD提供作为整个控制和保护组件的一部分，该组件包括VFD、以及输入/输出熔断器、断开器、断路器、接触器或其他保护设备、控制器、滤波器和传感器的布置。

在一般规则下，将VFD、以及相关联的保护和控制设备提供作为具有其自己的外壳的分立部件，其中部件的布置被容纳在壳体内。部件的布置固定到壳体内的支撑件(诸如例如DIN导轨)，其中在部件之间提供布线以在它们之间提供电连接和/或通信。因此，当作为一个单元组装时，整个部件集合和容纳它们所需的壳体变得相当大而笨重。此外，在部件之间所需的布线的量通常过量，这可能会妨碍部件的可接取性并因大量的导线和导线连接而增加安装时间、成本、功率损耗和潜在故障。

取决于由VFD驱动的负载的重要性，VFD在不同应用中以不同方式实现。为了确保在关键应用中的不间断的操作，可以使用双VFD系统来驱动负载。双VFD系统包括两个VFD，每个VFD彼此并联地连接到负载，使得每个VFD都可以被操作来驱动负载。一次将有一个VFD驱动负载，并且如果驱动负载的VFD发生故障，则对负载的控制自动地转移到另一个VFD。然而，在系统中包括多个VFD是昂贵的，并且会向具有需要布线的大量部件的已经复杂的系统添加附加部件，如上所述。

可在不太关键的应用中使用的更具成本效益的选择是单VFD旁路系统。在单VFD旁路系统中，VFD与旁路组件并联地耦接到负载，该旁路组件包括旁路接触器和软起动器中的一个或多个，该旁路接触器和软起动器提供用于控制从动系统的另选控制路径或机构。已知使用传统的旁路组件作为解决方案在VFD故障的情况下或在其他情景下提供系统冗余，诸如例如直接地从公共设施执行VFD维护并全速运行马达以实现更高的系统效率。如在上文所指出和现有技术图1中所示出，现有旁路组件1作为一个或多个附加的分立部件被添加到VFD装置中，其中通常提供单独的输入接触器2、旁路接触器4、基于可控硅整流器(SCR)的软起动器6和输出/过载继电器8。然而，所得到的组合装置是昂贵、复杂、笨重的，并且在许多应用和/或安装位点中常常是不实际的。

此外，现有技术旁路接触器仅提供在电源与负载之间的直接连接而没有VFD的功能性。当旁路接触器闭合以绕过VFD时，系统控制器无法控制由马达接收的电压和电流。换句话说，不同于VFD，所提供的旁路不能控制马达的速度。因此，旁路限制或约束了马达的操作，并且不提供操作灵活性。

因此，将期望的是提供马达控制系统，其占有面积被最小化并在其部件之间需要更少布线或不需要布线，以便减小马达控制系统的大小、成本和复杂性。还将期望这样的马达控制系统包括冗余功率结构，该冗余功率结构提供比传统的系统更多的功能性、灵活性和可靠性。

发明内容

本发明的实施方案提供了带有冗余功率结构的用于紧凑马达控制的系统和方法，其提供了提高的可靠性和功能性。